公路大橋T梁維修工程中碳纖維網格加固技術分析

沈曉龍

（寧夏中鐵建寧東路橋投資發展有限公司，寧夏 銀川 750001）

1 項目背景

永寧黃河公路大橋于2016年建成通車，原橋為跨越黃河設置，跨徑組合為（110+260+110）m，結構形式為雙塔雙索面斜拉橋；副橋跨徑組合為（50.47+6×90+50.5）m，結構形式為預應力混凝土變截面連續箱梁；河西引橋跨徑組合為（3×50）m+（50.28+90+50.28）m+2×（4×50）m+6×（3×50）m，結構形式為預應力混凝土變截面連續箱梁+裝配式預應力混凝土T 梁；河東引橋跨徑組合為（4×50+36）m+（50.28+90+50.28）m+2×（4×30）m+（5×30）m+（3×50）m，結構形式為預應力混凝土變截面連續箱梁+裝配式預應力混凝土T梁；下部結構為空心墩/柱式墩、肋式臺，鉆孔灌注樁基礎，橋梁全長3 743.37m，橋梁寬度為2×（凈15.5m+2×0.5m），橋梁交角90°，該橋在2021年橋梁定期檢測中總體技術狀況評定等級為2類。原橋于第5 孔上跨河西濱河大道，第50孔上跨河東濱河大道，第66孔上跨銀昆高速公路，第67孔上跨下白公路。橋梁經多年通車運行逐漸產生不同程度的病害，主要表現在：主、引橋上部結構局部位置出現裂縫，上、下部結構局部表觀缺陷，局部滲水泛白等病害，影響橋梁的耐久性。因此，為保障永寧黃河公路大橋的耐久性，必須對其現有病害進行維修。針對原橋河西、河東引橋部分T梁保護層厚度不足的問題，本文設計采用在T梁馬蹄位置處粘貼雙向碳纖維網格+噴射聚合物砂漿的加固方案，以改善其耐久性。根據橋梁定檢報告，設計對西引橋R7-2#（50mT梁）、R12-4#（50mT梁）、L30-5#（50mT梁）和東引橋 L64-1#～7#（30mT 梁）、L67-1#～7#（50mT 梁）、R44-3#（50mT梁）、L46-3#（50mT梁）T梁馬蹄位置處粘貼雙向碳纖維網格+噴射聚合物砂漿。

2 原橋質量病害

2.1 西引橋

2.1.1 上部結構T梁

根據外業調查，結合橋梁定檢報告，原橋西引橋裝配式T梁存在縱向裂縫和少量腹板斜向裂縫，斜向裂縫部分已修補，但修補不良。橫隔板存在少量豎向裂縫，最大豎向裂縫寬0.3mm。同時，存在破損、露筋、空鼓、開裂等病害，部分T梁馬蹄底部保護層厚度不足，箍筋印記明顯。典型病害如圖1、圖2所示。

圖2 馬蹄底部保護層 厚度不足

2.1.2 下部結構墩柱

根據外業調查，結合橋梁定檢報告，原橋西引橋下部結構總體狀況良好，存在少量網裂、豎向裂縫、蜂窩麻面等病害。

2.2 東引橋

2.2.1 上部結構T梁

根據外業調查，結合橋梁定檢報告，原橋東引橋裝配式T梁存在縱向裂縫和少量豎向裂縫、斜向裂縫。同時，存在破損、露筋、空鼓、開裂等病害，部分T梁馬蹄底部保護層厚度不足，箍筋印記明顯。典型病害如圖3、圖4所示。

圖3 梁左馬蹄縱向裂縫

圖4 馬蹄底部保護層不夠

2.2.2 下部結構墩柱

根據外業調查，結合橋梁定檢報告，原橋東引橋下部結構總體狀況良好，局部存在少量破損、蜂窩麻面等病害。

3 碳纖維網格加固技術

3.1 材料選用

（1）碳纖維復合材料用的纖維原絲必須為連續纖維，碳纖維的主要力學性能應符合規定，抗拉強度≥4 900MPa，并出具原材報告。

（2）單束碳纖維（橫向和縱向）的寬度為2mm，間距為20mm，極限破斷力需大于3 200N，伸長率不低于1.3%。

（3）碳纖維網格選用CFN200/200雙向碳纖維網格，配套砂漿選用同一品牌濕法噴射聚合物砂漿。

（4）碳纖維網格需在工廠進行特殊涂層處理，以滿足防火、錨固的要求，濕法噴射砂漿中需有活性成分，二者配合使用需有滲透結晶的效果，以保證二者之間有足夠的握裹力。

（5）碳纖維網格和配套濕法噴射砂漿、高分子界面膠需選用同一品牌產品，以保證二者之間的適配性。

（6）生產廠家需通過ISO9001生產型企業質量管理體系認證和國家高新技術企業認定，并提供認證證書。

（7）生產廠家需提供至少5個網格加固項目案例。

（8）碳纖維網格、配套聚合物砂漿、高分子界面膠需提供國家權威機構出具的檢測報告。檢測報告中，單束碳纖維網格絲束的抗拉強度不小于3.2kN，斷裂伸長率不低于1.3%；配套聚合物砂漿的28d抗壓強度不低于55MPa，與混凝土的正拉粘結強度不小于2.5MPa，且為混凝土內聚破壞；高分子界面膠的鋼對鋼拉伸抗剪強度不低于14MPa，鋼對C45混凝土正拉粘結強度不低于2.5MPa，且為混凝土內聚破壞，鋼對鋼濕態黏結條件下的拉伸抗剪強度不低于8MPa，無約束線性收縮率不高于0.4%。

（9）雙向碳纖維網格加固系統需具有國家權威機構出具的握裹力檢測試驗報告。其中，3根試樣的7d破壞荷載不低于6kN，28d破壞荷載不低于10kN；碳纖維網格與砂漿的7d界面剪切強度不低于1 100MPa，28d界面剪切強度不低于1 900MPa。

3.2 加固技術

此項目中碳纖維網格加固技術流程如圖5所示。

圖5 碳纖維網格加固技術流程

（1）原混凝土基層處理。首先，需要提前處理原混凝土表面的鑿毛，并將表面雜質清理干凈，確保達到整潔狀態，并對表面進行灑水處理，按照規定要求涂抹聚合物砂漿。其次，對基材進行處理，在施工面基材處理過程中應露出骨料，拒絕“稍加摩擦”和“打點”；盡量選用高壓水槍將基材表面的灰塵、雜質及松散層等清理干凈，以促進聚合物砂漿與基材間的有效黏結。

（2）混凝土基層涂抹界面劑。將混凝土界面劑按照規定的比例混合后，用輥筒均勻涂刷于原混凝土表面。在混凝土界面劑消粘期內，需要進行下一步砂漿涂抹施工。

（3）涂抹聚合物砂漿。拌制砂漿的水量應為砂漿重量的4.3%～16.7%，并根據施工環境、溫度進行調整，攪拌時間應控制在10～15min，直至砂漿混合均勻，達到黏稠狀態。同時，砂漿拌和后應靜置約60s，使用前需要重新進行攪拌（時間控制在10s）。在施工過程中無須添加用水。

（4）結構表面涂抹第一層砂漿。在粗糙結構面均勻涂抹第一層砂漿，根據設計規定要求確定第一層砂漿的涂抹厚度，通常控制為0.5cm，厚度不宜過大。同時，必須采取措施保證砂漿涂抹后的平整度符合規定要求 。另外，還應重視砂漿涂抹的均勻度，防止出現漏底現象。

（5）CFN碳纖維網格剪裁。根據項目具體要求精準剪裁碳纖維網格，此階段應注意碳纖維的分布方向，保證其與設計規定要求相同。

（6）設置碳纖維網格。碳纖維網格需鋪設在未表干的第一層聚合物砂漿上，CFN碳纖維網格的碳纖維絲方向必須符合設計規定要求，確定搭接寬度為20cm。在攤鋪過程中，應采取措施將端部臨時固定，以保證攤鋪施工結束后碳纖維網格表面的整體平整度符合規定要求。此項目中CFN碳纖維網格是以泥抹的方式壓入砂漿層內，將網格與砂漿相結合，并使加固材料纖維盡量達到拉緊狀態。如需要可選用水泥釘或鉚釘輔助固定處理。

（7）涂抹第二層砂漿。當第一層砂漿達到初凝狀態后，可拌制并涂抹第二層砂漿，根據設計規定要求確定涂抹厚度為1.5cm，通常不宜涂抹過厚。涂抹完成后，整個混凝土表面的平整度應符合規定要求，并且無網格纖維外漏。應保證第一層和第二層砂漿在同一天進行施工，如果第二層砂漿未能在當天施工，需用掃把或低壓水槍對第一層砂漿進行粗糙化處理。

（8）表面平整。用泥鏟或刮板將砂漿表面處理平整，如果砂漿厚度不滿足要求，需要局部修補，最后進行壓光。

（9）砂漿的養護和表面處理。砂漿涂抹完畢后需要進行養護，養護時需保持一定的濕度，養護7d后即可進行表面外裝修或涂裝處理。

3.3 注意事項

（1）原混凝土表面應充分濕潤，防止混凝土涂抹到原結構后面，若從新舊混凝土結合面的位置將水分吸干，會導致此界面的混凝土難以水化，從而弱化混凝土的結合力。

（2）應控制砂漿中的水灰比，水太多會造成漿料流淌，不能大量地粘掛到基材上。反之，水太少會造成涂抹性能差等問題。另外，砂漿的黏度與攪拌時間有關。砂漿的攪拌時間應在10min以上，拒絕簡單攪拌后施工，攪拌時間太短會造成砂漿混合不均勻、黏度低、漿料流掛等問題。

（3）網格粘貼時，避免碳纖維網格在彎矩和受力較大處搭接，以免影響加固效果。頂部施工時，第一層砂漿不宜涂抹太厚，可選用鉚釘固定碳纖維網格，避免網格、砂漿脫落。

（4）未達到初凝狀態的砂漿與基材之間的結合力相對較弱，所以，第一層砂漿未達到初凝狀態不可涂抹第二層砂漿，以免造成砂漿和網格脫落。

（5）對于初次涂抹砂漿的施工人員，可借助標有一定刻度的鋼條、鋼絲或者通過預先拉設限位線控制砂漿的涂抹厚度。

4 結語

本文結合永寧黃河公路大橋項目實際情況，調查、分析了公路大橋項目的質量病害，重點研究了T梁維修中碳纖維網格加固技術的應用，包括材料選用、加固技術以及注意事項。實踐證明，此項目中的T梁采用碳纖維網格加固技術處理后，有效解決了T梁裂縫、露筋等問題，提升了T梁結構的安全性和穩定性。因此，在公路橋梁維修中應推廣應用碳纖維網格加固技術。